Tổng quan về công nghệ của đồ án này là em đi thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát hệ thống kiểm định phân loại, điều khiển tay gắp sản phẩm đó trên hệ băng tải hoạt động liên tục ứng dụng xử lý ảnh. Để hoàn thành đồ án ta cần thực hiện các nội dung sau: Xây dựng phần cứng cho hệ thống gồm PLC và các module để điều khiển bốn động cơ Servo tương ứng với bốn trục X, Y, Z, R. Cấu hình các thông số cho thiết bị trong hệ thống và lập trình cho PLC. Cấu hình hệ thống camera, xử lý vấn đề nhiễu, ánh sáng… Xử lý luồng video trực tiếp từ camera từ đó xác định các thông số của đối tượng. Thiết kế phương hướng điều khiển để gắp vật chính xác khi băng tải chạy. Thiết kế giao diện điều khiển giám sát cho PC. Kết quả đồ án đạt được yêu cầu đã đề ra. với các thiết bị được sử dụng của hãng Mitsubishi, hệ thống các trục động cơ của robot được điều khiểu chạy ổn định. Đồ án về mặt công nghệ có tính ứng dụng cao trong vận hành thực tế. Thông qua đồ án, chúng em đã tích lũy thêm được nhiều kiến thức về lập trình PLC, cấu hình cho driver, xử lý ảnh, thiết kế giao diện trên PC… Ngoài ra chúng em cũng được nâng cao kỹ năng về làm việc nhóm và viết báo cáo.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu, thiết kế điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh NGUYỄN NHƯ MINH TUẤN tuan.nnm164381@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Chuyên ngành Tự động hóa công nghiệp Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Danh Huy Chữ ký GVHD Bộ môn: Viện: Tự động hóa công nghiệp Điện HÀ NỘI, 1/2021 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Danh Huy Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Bách Khoa dìu dắt chúng em người bạn đồng hành em chặng đường năm năm Đặc biệt em xin tỏ lòng biết ơn đối với TS Nguyễn Danh Huy, người thầy tâm huyết tận tình hướng dẫn chúng em không đồ án mà trình thực tập lab C9-111 giúp em có kiến thức thực tế từ đó vận dụng công việc sau Rồi đến ngày mà chúng em phải rời xa mái trường này, em nhớ đến Bách khoa với mợt niềm tự hào lịng biết ơn sâu sắc Mặc dù suốt quá trình làm đồ án em cố gắng, nỗ lực với tinh thần tâm cao nhất, trình đợ hiểu biết lý thuyết thực tiễn còn nhiều hạn chế nên đồ án em không tránh khỏi thiếu sót Em kính mong nhận các góp ý, bảo giúp đỡ các thầy cô giáo để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Tóm tắt nợi dung đồ án Tổng quan công nghệ đồ án em thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát hệ thống kiểm định phân loại, điều khiển tay gắp sản phẩm đó hệ băng tải hoạt động liên tục ứng dụng xử lý ảnh Để hoàn thành đồ án ta cần thực hiện nội dung sau: Xây dựng phần cứng cho hệ thống gồm PLC các module để điều khiển bốn động Servo tương ứng với bốn trục X, Y, Z, R - Cấu hình thông số cho thiết bị hệ thống lập trình cho PLC - Cấu hình hệ thống camera, xử lý vấn đề nhiễu, ánh sáng… - Xử lý luồng video trực tiếp từ camera từ đó xác định thông số đối tượng - Thiết kế phương hướng điều khiển để gắp vật chính xác băng tải chạy - Thiết kế giao diện điều khiển giám sát cho PC Kết đồ án đạt yêu cầu đề với thiết bị sử dụng hãng Mitsubishi, hệ thống trục động robot điều khiểu chạy ổn định Đồ án mặt cơng nghệ có tính ứng dụng cao vận hành thực tế Thông qua đồ án, chúng em tích lũy thêm nhiều kiến thức lập trình PLC, cấu hình cho driver, xử lý ảnh, thiết kế giao diện PC… Ngoài chúng em nâng cao kỹ làm việc nhóm viết báo cáo - Sinh viên thực hiện Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ TAY MÁY KESTREL 1.1 Giới thiệu chung robot cầu trục ứng dụng công nghiệp 1.2 Giới thiệu tay máy Kestrel 1.3 Cấu tạo tay máy Kestrel 1.4 Lên phương án nghiên cứu thiết kế NGHIÊN CỨU, TÌM HIỂU HỆ SERVO MR-J4 CỦA MITSUBISHI 2.1 Giới thiệu chung hệ thống servo xoay chiều động servo đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) Cấu trúc đợng đồng bợ kích từ nam châm vĩnh cửu PMSM Servo các đặc tính quan trọng Encoder Nguyên lý điều khiển servo 2.2 Động đồng bộ servo Mitsubishi HG-KR053B Giới thiệu chung động HG-KR053B Thông số kỹ thuật động HG-KR053B 2.3 Biến tần servo Mitsubishi MR-J4-10B 10 Giới thiệu chung biến tần servo 10 Giới thiệu biến tần servo MR-J4-10B Mitsubishi 11 Sơ đồ ghép nối 13 TÌM HIỂU DÒNG PLC iQ-R VÀ CÁC PHẦN MỀM DÙNG ĐỂ LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 15 3.1 Giới thiệu chung dòng PLC iQ-R 15 3.2 Đặc Điểm một số Moudule PLC dòng iQ-R 16 Module CPU R04-EN 16 Module nguồn R61P 18 Module điều khiển vị trí RD77MS2 19 Các Module đầu vào số 21 Module high speed counter RD62P2 22 3.3 Các phần mềm lập trình dùng để vận hành tồn bợ hệ thống 23 Phần mềm lập trình PLC GX Works3 23 Tạo giao diện người dùng Visual Studio 27 Truyền thông PC PLC qua phần mềm MX Component 28 Thêm thư viện ActUtlType vào chương trình giao diện 32 THIẾT KẾ LẮP RÁP HỆ THỐNG 33 4.1 Đặt vấn đề 33 4.2 Thiết kế hệ thống phân lọa sản phẩm 33 Tay máy Kestrel 33 Các thiết bị điều khiển 35 4.3 Thiết kế lắp ráp băng tải 36 4.4 Lắp đặt camera acA2500-14gm hệ thống ánh sáng 38 4.5 Mơ hình hồn chỉnh phân loại sản phẩm 39 XỬ LÝ ẢNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 40 5.1 Đặt vấn đề 40 5.2 Tổng quan xử lý video xử lý ảnh 40 Quy trình xử lý video 41 Những vấn đề xử lý ảnh 42 Vấn đề quản lý bộ nhớ xử lý video live view 42 Thư viện EmguCv 43 5.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước 43 Sơ đồ khối hệ thống 43 Thuật toán xử lý ảnh 44 QUY ĐỔI TỪ KHUNG TỌA ĐỘ ẢNH RA KHUNG TỌA ĐỘ TAY MÁY 45 6.1 Đặt vấn đề 45 6.2 Giới thiệu khung tọa độ ảnh 45 Mơ hình camera Pinhole 46 Một số hiện tượng biến dạng ảnh 46 6.3 Phương thức quy đổi 46 6.4 Thuật tốn tìm kiếm nhị phân 48 THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT TAY MÁY 49 7.1 Mô tả công nghệ 49 7.2 Lưu đồ chương trình điều khiển PLC 50 Chương trình khóa liên đợng dừng khẩn 51 Chương trình Reset trạng thái lỡi RD77MS2 52 Chương trình bật biến tần servo sẵn sàng 52 Chương trình chủn đợng JOG cho tay máy 53 Chương trình Teaching 54 Chương trình HOME 54 Chương trình AUTO phân loại sản phẩm 55 7.3 Cài đặt các thông số cho module PLC biến tần servo 56 Cài đặt biến tần Servo MR-J4-10B 56 Cài đặt tham số cho RD77MS2 biến tần servo 56 Cài đặt bợ nhớ chương trình 57 7.4 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát Windows Form 60 7.5 Chạy thử nghiệm hệ thống phân loại sản phẩm 62 Kiểm tra tính ổn định hệ thống 62 Xác định sai số phép xử lý góc chiều dài vật 64 Kết luận 66 Tài Liệu Tham Khảo 67 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc robot cầu trục Gantry Hình 1.2 Hình dạng robot tay máy Kestrel Hình 1.3 Phần mềm điều khiển WALLI for Windows Hình 2.1 Sơ đồ thành phần một hệ thống điều khiển servo đơn giản Hình 2.2 Mơ hình động đồng bộ servo Hình 2.3 Cấu tạo động AC servo PMSM Hình 2.4 Cấu tạo encorder quang học Hình 2.5 Đĩa mã hóa encorder tương đối Hình 2.6 Cấu trúc encoder tuyệt đối Hình 2.7 Nguyên lý làm việc hệ AC servo đầy đủ Hình 2.8 Đợng đồng bợ servo HG-KR053B Hình 2.9 Bản vẽ chi tiết cấu trúc động đồng bợ HG-KR053B Hình 2.10 Các đầu vào động AC servo Hình 2.11 Sơ đồ khối cấu trúc biến tần servo 10 Hình 2.12 Biến tần servo MR-J4-10B giắc cắm vào 11 Hình 2.13 Các thành phần dưới nắp che biến tần MR-J4-10B 12 Hình 2.14 Sơ đồ đấu nối 13 Hình 2.15 Chi tiết đầu vào bộ điều khiển AC servo MR-J4-10B 14 Hình 3.1 Mơ hình hệ thống e-F@ctory Mitsubishi 15 Hình 3.2 Lợi PLC dòng iQ-R 16 Hình 3.3 Đế base R38B 16 Hình 3.4 Hình ảnh bên ngồi CPU R04-EN 17 Hình 3.5 Module nguồn R61P 18 Hình 3.6 Thiết kế bên ngồi module RD77MS2 chi tiết vỏ19 Hình 3.7 Module đầu vào số RX42C4 sơ đồ chân giắc cắm 21 Hình 3.8 Module đầu số RY42NT2P sơ đồ chân giắc cắm 22 Hình 3.9 Module high speed counter RD62P2 22 Hình 3.10 Phần mềm GX Works 23 Hình 3.11 Đọc thiết bị từ phần cứng lên phần mềm 24 Hình 3.12 Kiểm tra nguồn cấp cho PLC 24 Hình 3.13 Cửa sổ cấu hình cho RD77MS2 25 Hình 3.14 Cài đặt thêm biến tần servo 25 Hình 3.15 Cấu hình tham số cho module RD77MS2 26 Hình 3.16 Cấu hình tham số cho serbo RD77MS2 26 Hình 3.17 Giao diện phần mềm Visual Studio 2015 27 Hình 3.18 Giao diện mở một project Windows Form 28 Hình 3.19 Màn hình khởi đợng Communication Setup Utility 29 Hình 3.20 Thiết lập kết nối mới 30 Hình 3.21 Cấu hình số trạm 30 Hình 3.22 Cấu hình truyền thông phần máy tính 31 Hình 3.23 Cấu hình truyền thơng phần PLC 31 Hình 3.24 Hồn tất trình thiết lập kết nối 32 Hình 4.1 Khung tay máy Kestrel 34 Hình 4.2 Động servo nối với trục vít me thông qua khớp nối mềm 34 Hình 4.3 Cơ cấu tay gắp 35 Hình 4.4 Chi tiết giá láp thiết bị servo Mitsubishi 35 Hình 4.5 Phần giá thiết bị 36 Hình 4.6 Biến tần Servo dùng để điều khiển các trục robot 36 Hình 4.7 Băng tải sử dụng đồ án 37 Hình 4.8 Encorder băng tải 37 Hình 4.9 Sơ đồ ghép nối encorder 37 Hình 4.10 Camera acA2500-14gm Balazer lắp đặt vào vị trí đầu băng tải 38 Hình 4.11 Cổng kết nối camera 38 Hình 4.12 Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm 39 Hình 5.1 Quy trình xử lý video 41 Hình 5.2 Xử lý ảnh biến dạng 42 Hình 5.3 EmguCV: wrapper OpenCV 43 Hình 5.4 Sơ đồ phân loại sản phẩm 43 Hình 5.5 Thuật toán xử lý ảnh 44 Hình 6.1 Khung tọa đợ mợt ảnh số 45 Hình 6.2 Mơ hình camera pinhole 46 Hình 6.3 Lưu đồ quy đổi tọa độ 46 Hình 6.4Mẫu bàn cờ 9x6 47 Hình 6.5 Xử lý tìm góc bàn cờ 47 Hình 6.6 Thuật tốn tìm kiếm nhị phân 48 Hình 7.1 Quỹ đạo gắp vật cho tay máy Kestrel 49 Hình 7.2 Lưu đồ chương chính 51 Hình 7.3 Chương trình reset trạng thái lỡi RD77MS2 52 Hình 7.4 Chương trình bật servo sẵn sàng 52 Hình 7.5 Chương trình chạy JOG 53 Hình 7.6 Chương trình Teaching 54 Hình 7.7 Chương trình home 54 Hình 7.8 Chương trình phân loại sản phẩm tự đợng 55 Hình 7.9 Giao diện điều khiển giám sát PC 60 Hình 7.10 Giao diện Calib 62 Hình 7.11 Vật bắt đầu vào vùng hoạt động camera 62 Hình 7.12 Chương trình xử lý ảnh hoạt đợng 63 Hình 7.13 Tay máy di chuyển gắp xác vật 63 Hình 7.14 Tay máy xuống thả vật 64 Hình 7.15 Các mẫu vật sử dụng 64 Hình 7.16 Chương trình xử lý góc quay vật 65 Hình 7.17 Tiến hành đo thực nghiệm góc 65 DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 2.1 Chi tiết chân tín hiệu giắc cắm CN3 12 Bảng 2.2 Tên chức đầu vào/ra MR-J4-10B 14 Bảng 3.1 Mô tả chi tiết bên module R04EN 17 Bảng 3.2 Các chi tiết bên module RD77MS2 19 Bảng 3.3 Chi tiết cấu hình phần cứng module RD77MS2 20 Bảng 7.1 Tham số cài đặt cho RD77MS2 56 Bảng 7.2 Danh sách một số địa ô nhớ dùng điều khiển vị trí 57 Bảng 7.3 Kết thực nghiệm xử lý 65 Chương trình chuyển động JOG cho tay máy Chương trình dùng để điều khiển vị trí trục tất các trục đến vị trí mong muốn Và từ đó xác định tọa độ các điểm cần đến theo các trục để tiến hành nạp vào vùng nhớ đệm module RD77MS2 phục vụ cho quá trình chạy tự đợng Hình 7.6 Chương trình chạy JOG 53 Chương trình Teaching Hình 7.7 Chương trình Teaching Chương trình Teaching phục vụ cho việc thiết lập tọa đợ các điểm cố định phục vụ cho quá trình Auto việc chạy test Chương trình HOME Vị trí home vị trí, ta lấy làm gốc tọa đợ để làm mốc cho các điểm vị trí khác tuân theo để sử dụng điều khiển vị trí Khi điểm home yêu cầu chương trình kiểm tra xem có trục bận khơng khơng có bốn trục trở vị trí home tọa đợ X,Y,Z,CT (0,0,0,0) Hình 7.8 Chương trình home 54 Chương trình AUTO phân loại sản phẩm Chương trình lấy liệu từ chương trình xử lý ảnh máy tính để phân loại sản phẩm theo kích thước chiều dài gửi các tín hiệu xung xuống các biến tần servo điều khiển tay máy gắp vật cần phân loại Hình 7.9 Chương trình phân loại sản phẩm tự động 55 7.3 Cài đặt các thông số cho module PLC và biến tần servo Cài đặt biến tần Servo MR-J4-10B Việc cài đặt cho biến tần servo thực hiện tương cài đặt cho module RD77MS2, thực hiện sổ ứng dụng MELSOFT Simple Motion Module Setting Function Sau đó click vào phần Servo Parameter để cài đặt thông số Hai tham số cài đặt cho biến tần cần ý bao gồm: - Trong mục Component Parts: Điều chỉnh tham số pin (sau lắp pin vào biến tần) để sử dụng tín encoder tuyệt đối - Trong mục I/O: Sửa giá trị tham số PD02 (Input signal automatic on selection – Tự đợng cấu hình tham số đầu vào CN3) để cho phép dùng DI1, DI2 làm đầu vào tín hiệu cơng tắc giới hạn hành trình Cài đặt tham số cho RD77MS2 và biến tần servo Để cài đặt tham số cho module RD77MS2, công cụ Navigation chọn mục Parameter, chọn Module Information, chọn module RD77MS2 muốn cài đặt, chọn Simple Motion Module đó xuất hiện cửa sổ ứng dụng MELSOFT Simple Motion Module Setting Function, click vào Parameter bắt đầu cài đặt tham số Các tham số cần cài đặt mục Parameter mô tả dưới bảng: Bảng 7.1 Tham số cài đặt cho RD77MS2 Tham số Pr.1: Unit setting Mô tả Đơn vị trục X, Y gán 0: mm; đơn vị trục R 2: degree (độ) Pr.2: No of pulses Độ phân giải encoder, tất động giống per rotation nên giá trị mặc định 4194304 Pr.2:Movement Đợ dịch chủn mợt vịng quay Với trục X, Y amount per rotation đó bước vít me, bước vít me trục X, Y 3750 μm Với trục Z, độ dịch chuyển 360º Pr.3:Unit Tỉ số truyền khí cấu, với tay máy đặt Magnification 1:1 Pr.9 Pr.10: Thời gian tăng tốc giảm tốc động Acc.time Dec.time 56 Pr.12: Software Giới hạn hành trình phần mềm Với trục X upper limit 450 mm, với trục Y 350 mm Software Giới hạn hành trình dưới phần mềm Với trục X - Pr.13: lower limit 10 mm, với trục Y -5 mm Pr.22: Input signal Cài đặt dạng tín hiệu logic cho tín hiệu đầu vào cơng selection: tắc hành trình Ở ta dùng cơng tắc hành trình cho logic upper limit lower limit and trục X, Y dạng logic cài 0: Negative Logic (đầu vào sink) Pr.116: FLS signal Chọn đầu vào cho tín hiệu cơng tắc hành trình giới hạn selection: Input type Ở ta chọn 1: Servo Amplifier để sử dụng DI1 giắc CN3 biến tần servo làm đầu vào tín hiệu cơng tắc hành trình giới hạn Pr.117: RLS signal Chọn đầu vào cho tín hiệu cơng tắc hành trình giới hạn selection: Input type dưới Ta chọn 1: Servo Amplifer để sử dụng DI2 giắc CN3 biến tần servo làm đầu vào tín hiệu cơng tăc hành trình giới hạn dưới Cài đặt bợ nhớ chương trình Danh sách một số địa bộ nhớ sử dụng để điều khiển robot liệt kê chi tiết bảng 7.2 Bảng 7.2 Danh sách số địa chỉ ô nhớ dùng điều khiển vị trí Địa Mô tả chức M0 Bit bật chế độ chạy JOG M1 Bit điều khiển trục vị trí Home M2 Bit yêu cầu chạy điều khiển vị trí Positioning M10 Chạy thuận trục X chế đợ JOG M11 Chạy nghịch trục X chế độ JOG M20 Chạy thuận trục Y chế độ JOG M21 Chạy nghịch trục Y chế độ JOG M30 Chạy thuận trục Z chế độ JOG M31 Chạy nghịch trục Z chế độ JOG 57 M40 Chạy thuận trục R chế độ JOG M41 Chạy nghịch trục R chế độ JOG M13 Teaching, lưu tọa độ điểm M17 Reset lỗi trục M320 Khởi động chế đợ Auto M321 Dừng chế đợ Auto X21 Tín hiệu đồng bợ truyền thơng module RD77MS2_1 X41 Tín hiệu đồng bợ truyền thơng module RD77MS2_2 Y20 Tín hiệu PLC sẵn sàng cho module RD77MS2_1 Y40 Tín hiệu PLC sẵn sàng cho module RD77MS2_2 Y21 Cho phép biến tần gắn với module RD77MS2_1 hoạt động Y41 Cho phép biến tần gắn với module RD77MS_2 hoạt động Y68 Điều khiển van khí nén gắp/nhả vật Y69 Điều khiển băng tải có encoder Y0E4 Cho phép đếm xung encoder động chạy băng tải D60 Tốc độ JOG trục X xác định RD77_1, 16 bit thấp D61 Tốc độ JOG trục X xác định RD77_1, 16 bit cao D64 Tốc độ JOG trục Y xác định RD77_1, 16 bit thấp D65 Tốc độ JOG trục Y xác định RD77_1, 16 bit cao D66 Tốc độ JOG trục Z xác định RD77_1, 16 bit thấp D67 Tốc độ JOG trục Z xác định RD77_1, 16 bit cao D68 Tốc độ JOG trục R xác định RD77_1, 16 bit thấp D69 Tốc độ JOG trục R xác định RD77_1, 16 bit cao D500 Tọa độ trục X xác định RD77_1, 16 bit thấp D501 Tọa độ trục X xác định RD77_1, 16 bit cao D502 Tọa độ trục Y xác định RD77_1, 16 bit thấp D503 Tọa độ trục Y xác định RD77_1, 16 bit cao D504 Tọa độ trục Z xác định RD77_2, 16 bit thấp D505 Tọa độ trục Z xác định RD77_2, 16 bit cao D506 Tọa độ trục R xác định RD77_2, 16 bit thấp 58 D507 Tọa độ trục R xác định RD77_2, 16 bit cao U2\G2400 Tọa độ hiện trục X xác định RD77_1 U2\G2500 Tọa độ hiện trục Y xác định RD77_1 U4\G2400 Tọa độ hiện trục Z xác định RD77_2 U4\G2500 Tọa độ hiện trục R xác định RD77_2 U2\G4348 Dữ liệu Teaching trục X xác định RD77_1 U2\G4349 Vị trí Teaching trục X xác định RD77_1 U2\G4448 Dữ liệu Teaching trục Y xác định RD77_1 U2\G4449 Vị trí Teaching trục Y xác định RD77_1 U4\G4348 Dữ liệu Teaching trục Z xác định RD77_2 U4\G4349 Vị trí Teaching trục Z xác định RD77_2 U4\G4448 Dữ liệu Teaching trục R xác định RD77_2 U4\G4449 Vị trí Teaching trục R xác định RD77_2 U2\G6006 Tọa đợ vị trí trục X xác định RD77_1 U2\G7006 Tọa đợ vị trí trục Y xác định RD77_1 U4\G6006 Tọa đợ vị trí trục Z xác định RD77_2 U4\G7006 Tọa độ vị trí trục R xác định RD77_2 U4\G6016 Tọa đợ vị trí trục Z xác định RD77_2 U2\G2400 Tọa độ hiện trục X xác định RD77_1 U2\G2500 Tọa độ hiện trục Y xác định RD77_1 U4\G2400 Tọa độ hiện trục Z xác định RD77_2 U4\G2500 Tọa độ hiện trục R xác định RD77_2 U2\G4348 Dữ liệu Teaching trục X xác định RD77_1 U2\G4349 Vị trí Teaching trục X xác định RD77_1 U2\G4448 Dữ liệu Teaching trục Y xác định RD77_1 U2\G4449 Vị trí Teaching trục Y xác định RD77_1 U4\G4348 Dữ liệu Teaching trục Z xác định RD77_2 U4\G4349 Vị trí Teaching trục Z xác định RD77_2 59 U4\G4448 Dữ liệu Teaching trục R xác định RD77_2 U4\G4449 Vị trí Teaching trục R xác định RD77_2 U2\G6006 Tọa đợ vị trí trục X xác định RD77_1 7.4 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát Windows Form Phần đề cập đến việc thiết kế giao diện điều khiển giám sát tay máy Giao diện phải thiết kế cho tối ưu nhất, thân thiện với người dùng với thao tác đơn giản dễ dàng vận hành Với dòng PLC chọn iQR phầm mềm tốt nhất MC Works64 phần mềm quyền khơng có crack nên nhóm chọn giải pháp sử dụng hai phần mềm MX Component để kết nối PLC với máy tính phần mềm Visual Studio 2019 với ngơn ngữ lập trình C# để thiết kế giao diện Hình 7.10 Giao diện điều khiển giám sát PC Giao diện có thể chia làm bốn vùng hình 7.8 Trong đó: a, Phần mợt: Giám sát trạng thái module RD77MS2, bit trạng thái nội, đầu vào module điều khiển chuyển động: - PLC READY: Trạng thái PLC sẵn sàng, gửi xuống biến tần servo - Servo ON: Cho phép biến tần hoạt động - BUSY: cho biết trục điều khiển - Error detection: Có lỡi xảy với biến tần nối với RD77MS2 - Axis warming detection: cảnh báo biến tần servo nối với RD77MS2 b, Phần hai: Giao diện các nút điều khiển chung Gồm nút kết nối truyền thông, nút Reset lỗi, nút dừng khẩn cấp c, Phần ba: Thông số tọa độ X, Y, Z ,CT tay máy di chuyển d, Phần bốn: Là một Tab control chứa ba tab gồm giao diện JOG-TEST, giao diện AUTO giao diên CALIBRATION Tab điều khiển thứ nhất: Chế độ chạy JOG-TEST (vùng hình 7.8) 60 - JOG: Cho phép hoạt động ngắt hoạt động chế độ chạy JOG Chọn trục chạy JOG: Lựa chọn trục chạy Jog NGHỊCH: Các trục chọn quay thuận theo chiều kim đồng (tịnh tiến xa so với vị trí gốc) THUẬN: Các trục chọn quay ngược chiều kim đồng hồ (di chuyển lại gần vị trí gốc) Nạp Tốc độ: Cài đặt tốc độ chế độc chạy JOG TEACHING: Dạy điểm, nạp tọa đợ vị trí hiện trục chọn số vị trí ghi textbox bên POSITION: Định vị điểm, chạy đến vị trí điểm TEACHING HOME: Điều khiển tay máy trở vị trí HOME Tab điều khiển thứ hai: Chế độ vận hành tự động AUTO - AUTO: Nút khởi động chế độ tự động phân loại gắp sản phẩm Ảnh hiển thị: Hiện thị luồng live view từ camera Phía dưới phần hiển thị thông số phụ bao gồm: Tổng số sản phẩm, Số kíp làm việc, Số sản phẩm lỗi Tab điều khiển thứ ba: Chế độ Calibration nạp giữ liệu phục vụ việc chuyển từ tọa đợ ảnh sang tọa đợ thưc 61 Hình 7.11 Giao diện Calib - CAPTURE: Nút chụp ảnh, chụp mẫu bàn cờ Vùng hiện thị ảnh: Hiện thị ảnh kết calib Vùng khởi tạo thông số: Khởi tạo số hang, số cột mẫu bàn cờ, kích thước một ô bàn cờ 7.5 Chạy thử nghiệm hệ thống phân loại sản phẩm Kiểm tra tính ổn định của hệ thống Sau hoàn thành chương trình chúng em đưa tồn bợ hệ thống vào chạy thử nghiệm Tất các chương trình JOG, AUTO, CALIB các chức kết nói, điều khiển trình bày hoạt đợng tốt ổn định xác Sau các bước hoạt đợng chương trình Auto chạy thực nghiệm: Khi chế đợ Auto bật, tay máy vị trí đợi mợt cách xác, lúc băng tải hoạt đợng di chuyển vật Hình 7.10 vật băng tải đưa vào vùng đặt Camera Chương trình xử lý ảnh xử lý phát hiện vật kiểm tra vật vào hết tồn bợ hay chưa, vật chưa vào hết chưa tiến hành xử lý bước Ở chương trình hoạt đợng xác Hình 7.12 Vật bắt đầu vào vùng hoạt động camera 62 Khi vật hiển thị hết tồn bợ, chương trình lấy thơng tin diện tích, hình dáng, chiều dài để xem vật cần gắp hay không Nếu vật cần gắp tính góc, chiều dài hình Và tọa đợ tâm vật, vị trí gắp…gửi xuống PLC để điều khiển tay máy đến gắp vật Ở chương trình hoạt đợng tốt ổn định Hình 7.13 Chương trình xử lý ảnh hoạt động Sau có lệnh thơng tin gửi xuống từ chương trình xử lý ảnh Tay gắp đến vị trí gắp vật đến thực hiện trình gắp vât Hình 7.12 trình tay gắp xuống gắp vật Ở đây, hệ thống hoạt đợng xác, tay máy gắp tâm vật góc theo góc nghiêng vật băng tải Hình 7.14 Tay máy di chuyển gắp xác vật Sau gắp vật thành cơng,ay máy đưa vật vị trí thả vật xoay vật theo góc cài trước Sau đó trở lại vị trí đợi để thực hiện chu trình tiếp 63 Hình 7.15 Tay máy xuống thả vật Xác định sai số phép xử lý góc chiều dài vật Để kiểm tra đợ xác chúng em tiến hành chạy chương trình với bợ mẫu vật với các kích thước khác Hình 7.16 Các mẫu vật sử dụng Để kiểm định đợ xác phép đo chiều dài vật góc quay chúng em thực hiện đo chiều dài góc thực tế so sánh với kết đo xử lý hình 7.15 hình 7.16 Ở quà trình thực nghiệm với vật chiều dài 4cm với góc quy thực 120 deg Kết xử lý ảnh chiều dài 4.0835 góc 118.5814 64 Hình 7.17 Chương trình xử lý góc quay vật Hình 7.18 Tiến hành đo thực nghiệm góc Bảng 7.3 Kết thực nghiệm xử lý Lần đo Góc thực tế (deg) Chiều dài thực (mm) 30 40 45 40 60 40 90 40 120 80 30 80 45 80 60 53 90 53 10 120 53 Tính tốn sai số: - Sai số góc: 1.4176 deg - Sai số chiều dài: 0.5874 mm Kế xử lý Chiều dài Góc (deg) (mm) 40.8354 28.9652 39.7951 44.0231 38.8520 58 9823 41.0661 89.3724 80.1094 118 5814 80.7285 32.5442 79.7953 43.7316 53.8521 58 1523 52.5660 88.6024 53.2910 122.0426 65 Kết luận Từ các lần thử nghiệm với việc thay đổi kích thước vật cần phân loại khác em đưa các đánh giá sau: - Về mặt ổn định hệ hệ thống hoạt động khá ổn định với yêu cầu đặt ra, tay máy gắp tương đối xác vật thể Tuy nhiên vẫn có mợt số sai số sai số góc điều có thể việc đặt camera bị lệch một số nhiễu biến dạng ảnh gây - Về khả điều khiển giám sát: Phần mềm giao diện hiện thị đầy đủ các thông tin cảu hệ thống một cách chi tiết trực quan để người dùng dễ dàng thao tác vận hành giám sát hệ thống, ảnh sau xử lý rõ nét cập nhật liên tục suốt quá trình tay máy hoạt đợng Ngồi việc cần xử lý hạn chế sai số, chương trình xử lý phân loại sản phẩm bọn em vẫn đơn giản Năng suất tay gắp chưa cao tay gắp cần trở vị trí đợi lúc có vật cần gắp vào hệ thống mới bắt chính xác Phương hướng phát triền đồ án chúng em sau có thể nâng cao suất tay gắp, cải thiện khả phân loại có thể theo hướng phát hiện lỗi sai bề mặt, phát hiện sai khác chữ viết vật thể…để nâng cao tính ứng dụng đồ án 66 Tài Liệu Tham Khảo [1] Suk-Hwan Suh, Seong-Kyoon Kang, Dae-Hyuk Chung, Ian Stroud, Theory an Design of CNC System; Springer-Verlag London Limited, 2008 [2] Mitsubishi Electric, MX Component Version Operating Manual (Revision SH-081084ENG-L), 7/2016 [3] Mitsubishi Electric, MX Component Version Programing Manual (Revision SH-081085ENG-K), 7/2016 [4] TS Nguyễn Thanh Hải – Gi trình xử lý ảnh – Nhà xuất Đại học quốc gia, 9/2014 [5] Nguyễn Văn Long - Ứng dụng xử lý ảnh thực tế với thư viện OpenCV [6] Randy Crane, A simplified approach to image processing, Prentice-Hall, Inc, 1997 [7] J.R.Packer, Algorithms for Image processing and Computer Vision John Wiley & Sons, Inc, 1997 [8] Mitsubishi Electric, MELSEC IQ-R Simple Motion Module User's Manual (Application) [9] Mitsubishi Electric, MR-J4-B SERVO AMPLIFIER INSTRUCTION MANUAL 67